SMA路面抗滑性能优化设计与施工控制要点分析

2019-05-13钟国武

中华建设科技 2019年3期

【摘要】以提升SMA路面的抗滑性能为目的，优化了SMA混合料材料组成，并依托实体工程进行了工程验证对比，结果显示，设计的抗滑型SMA13混合料路面构造深度和摆值BPN有一定程度的提高。为保证SMA混合料抗滑性能得到较好体现，从集料、配合比、摊铺碾压工艺方面提出了控制要点。

【关键词】SMA路面;抗滑性能;优化设计;施工控制

【Abstract】In order to improve the skid resistance of SMA pavement， SMA mixture material composition was optimized.Based on the actual project， the engineering verification and comparison are carried out， and the results show that the structural depth and pendulum BPN of the designed skid resistant SMA13 composite pavement have been improved to a certain extent.In order to ensure better performance of SMA mixture in sliding resistance， the control points of aggregate， mixture ratio， paving and rolling process were put forward.

【Key words】SMA road surface;Skid resistance;Optimization design;Construction control

1. 引言

（1）抗滑性能是沥青路面非常重要的路用性能之一，其显著影响行车的舒适性与安全性，在路面技术状况评定和质量验收中也占有较大的权重[1]。随着骨架密实结构SMA的大量应用，路面抗滑性能及其耐久性较传统的悬浮密实AC结构有所好转。但近年来，对于SMA路面，也经常出现抗滑性能衰减较快，甚至不能满足使用技术要求的现象。沥青路面的抗滑性能主要由压实沥青混合料表面的粗糙构造与集料表面的摩擦作用共同提供，影响路表粗糙构造的因素主要有矿料级配与施工控制，影响集料表面摩擦作用的因素主要有集料抗磨光性与油膜厚度[1～3]。因此，当沥青面层集料选定后，可以从矿料级配优化设计、沥青用量合理控制以及施工工艺约束等方面来提高SMA路面的抗滑耐久性。

（2）鉴于此，本文依托某高速公路路面建设项目，从矿料级配优化，沥青用量设计以及工艺控制等方面进行研究和应用，旨在提升建设工程SMA沥青面层的抗滑性与使用耐久性。

2. 原材料技术性能

集料。

质地坚硬的粗集料，可提供较好的表面摩擦作用，有利于路面抗滑性能的提升。本次研究粗集料选用玄武岩，其有10～15mm、5～10mm、3～5mm三种规格，细集料采用石灰岩机制砂，集料技术指标检测结果如表1所示。采用石灰岩矿粉，技术指标检测结果如表2所示。

沥青。

采用SBS改性沥青，国标符合符合《公路瀝青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）I-D要求，其各项常规指标检测结果如表3所示。

纤维。

选用絮状木质素纤维，其技术性能检测结果如表4所示。

3. 抗滑性能优化设计

3.1 基于抗滑性能的级配初选。

采用SMA-13级配，通过配合比优化设计和路用性能检验，验证在其他路用性能良好的前提下，抗滑性能也较为理想。长安大学韩森，马宝国等[3，4]通过研究，针对关键筛孔 13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm 及 0.075mm，提出了具有优良抗滑性能的SMA-13级配范围，如表5所示，对于非关键筛孔的级配范围，建议参考规范推荐范围。本次基于表5提出的级配范围，拟定基于抗滑性能的SMA初选级配，如表6所示。

3.2 确定级配。

（1）实验室测试三种初选级配的干捣密度VCADRC，试验结果如表7所示。采用表干法测试马歇尔试件的毛体积密度，并计算 SMA 沥青混合料最大理论密度，从而确定各初试级配的体积参数如表8所示。

（2）从表8试验数据看到，级配 SMA13-1 不能满足 VCAmix≤VCADRC，其他 2 组级配 SMA13-2 和 SMA13-3 均满足 VCAmix≤VCADRC，且满足矿料间隙率 VMA>17.0 的要求，沥青饱和度VFA 在 75%～85%之间。虽然级配 SMA13-2 的 4.75mm 通过率小于级配 SMA13-3 ，但级配 SMA-13-3 空隙率VV 太小。因此确定 SMA-13-2 为设计级配。

3.3 确定最佳沥青用量。

（1）以 6.1%为初拟沥青用量，以 0.3%为间隔，对 SMA13-2级配（5.8%、6.1%、6.4%）分别成型马歇尔试件并测试其体积指标，测试结果如表9所示。

（2）由表9中试验数据分别绘制粗集料间隙率 VCAmix、矿料间隙率 VMA、空隙率 VV、沥青饱和度 VFA 指标与沥青用量的曲线关系图，参考规范对各项指标的要求，对该图进行综合分析，计算出满足设计要求的最佳沥青量，以目标空隙率3.5%，确定抗滑级配SMA13-2 最佳沥青用量为 6.3%。

4. 工程验证

（1）本文目的在于为沥青路面建设推荐抗滑性能较优的SMA-13材料组成结构，因此本节基于上节的抗滑性能配合比优化设计结果，依托某高速公路路面项目，进行工程验证对比，对比的指标除了抗滑性能外，还包括其他路用性能。抗滑性能采用现场实测的构造深度TD与摆值BPN[5]，高温性能、水损性能及析漏和飞散试验采用试验室数据。对比方案和结果如表10所示。

（2）从表10试验测试数据看到，本文设计的抗滑型SMA13-2混合料与当前采用的SMA13混合料的各项性能均满足技术要求。具体对比而言，基于抗滑性能提升的SMA13-2混合料60℃动稳定度与最大破坏应变稍优于当前采用的SMA13混合料，水稳定性能基本相当。两种配合比的谢伦堡析漏与肯塔堡飞散试验结果整体上也比较接近。

（3）差异比较大的为抗滑构造深度与摆值指标，根据实测结果，当前采用的SMA13混合料的构造深度为1.12mm，本文设计的SMA13-2混合料的构造深度为1.36mm，构造深度提高了21.5%;当前采用的SMA13混合料的摆值BPN为73，本文设计的SMA13-2混合料的摆值BPN为87，提高了19.2%。

（4）以上验证和对比表明，在原材料、气候环境条件、试验条件以及施工条件等相同的情况下，通过优化配合比，可以实现在一定程度上提高SMA13沥青混合料的抗滑性能的目的，并且保证其他路用性能不下降。

5. 施工控制要点

良好的配合比设计是沥青路面发挥较优路用性能的前提，但如果施工工艺控制不严格，则可能导致优化的结果得不到充分的体现。本文优化了当前采用的SMA13材料组成设计，测试结果证明其具有抗滑优势。本节基于工程应用，总结施工工艺控制要点，以指导工程实施。

5.1 集料控制。

压实沥青路面的抗滑性能除了与路表构造有关外，还与集料的抗磨光性直接相关。集料的抗磨光性越好，沥青路面的抗滑性能越好;集料质地越坚硬，沥青路面抗滑性能衰减越缓慢。因此，在沥青磨耗层集料选择时，在其他技术指标满足要求的前提下，须重点关注粗集料的磨光性，宜选择抗磨光性较好的集料。

5.2 配合比控制。

基于抗滑性能提升的SMA13材料组成确定后，在正式生产混合料前须进行预拌，确定拌和温度和拌和时间、矿料加热温度、混合料用量、拌和工艺等。拌和时，根据待料及溢料的集料粒径调整冷料仓转速，保证供料平衡，促进混合料拌和顺利进行。拌和设备调整稳定后取样进行马歇尔试验和抽提试验，对比分析配合比和抽样试验结果，并钻芯取样，检验压实度和压实空隙率，掌握混合料压实效果。有利于促进施工顺利进行，提高混合料配合比设计水平，确保压实施工效果。

5.3 摊铺施工控制。

碾压是保证沥青混合料的质量使其物理力学性质和功能特性符合设计要求的重要环节，也是沥青面层施工的最后一道重要工序。沥青混合料摊铺后，压路机紧跟碾压，以缩短碾压作业段长度，但以不产生推移、发裂为原则。碾压过程严格按照“高频、低幅、紧跟、慢压”由低向高的原则进行。碾压时将压路机的驱动轮面向摊铺机，从外侧向中心碾压，在超高段则由低向高碾压，在坡道上将驱动轮从低处向高处碾压[6，7]。为达到较好的摊铺效果，须注意以下几点：

（1）摊铺前应对熨平板进行预热，避免与混合料粘结，预先设定摊铺机的运行速度，通常2～4m/min为宜，按照设定的速度摊铺沥青混合料。整个摊铺过程中应该连续、均匀进行，一次摊铺完成，中途不得出现任意停顿，保证混合料摊铺均匀，有利于保证整个路面SMA混合料分布均匀，此是抗滑性能稳定的前提。

（2）交叉口位置混合料摊铺时，由专业技术人员指挥，采用人工找补方式，实现对混合料摊铺质量的有效控制。及时清除卸料时洒落在现场的混合料，防止摊铺后的路面横坡出现波浪现象，有利于保证摊铺效果。

（3）做好混合料摊铺质量检查工作，对存在的不合格部位需要重新摊铺，直至满足要求为止，为后续碾压施工创造条件。混合料摊铺时还要注意观察天气变化情况，不得在雨天进行摊铺施工。

5.4 碾压施工控制。

沥青混合料的压实效果对沥青路面的宏观构造有影响，少压漏压造成路面构造大、空隙大、水稳定性和耐久性差;多压超压，导致路面构造小、空隙小，热稳定性与抗滑性能差。因此，要求SMA路面有较好的压实效果，既保证力学稳定性，又保证抗滑性能。碾压时须注意以下几点：

（1）摊铺完成后及时进行碾压施工，分初压、复压、终压三个环节，速度控制在2.5～4.0Km/h为宜。选用合适吨位的压路机，整个碾压过程应连续、均匀、缓慢进行，中途不得任意停顿。

（2）先碾压SMA路面的边缘部位，再碾压中间部位，遵循“先慢后快，先两边后中间”原则。还可以采用排压方式[2]，呈流水形式进行SMA路面碾压施工，让碾压施工的各环节密切相连，促进施工效果提升。

（3）正确处理车道变换问题，不得任意变更碾压轨迹。对于已碾压路段，变道时压路机应该停止振动，然后缓慢完成整个变道任务，避免损坏SMA路面，有效保障SMA路面施工质量。

5.5 接缝处理。

沥青路面的施工接缝紧密、连接平顺，不产生明显的接缝离析。沥青上面层横向施工缝采用垂直切缝的方式进行接缝，接缝保持干净，接缝表面涂刷乳化沥青。

（1）横向接缝：摊铺前在完全干燥切割面上涂刷乳化沥青，摊铺机在第一次布满料时暂不前行，用热料预热横向冷接缝至少10min。开始摊铺时，接缝处的粗集料应刮除并补上细料，然后趁热横向碾压接缝，直到压路机全部压到新铺层上为止，再改为纵向碾压;接缝碾压结束后立即用3m直尺检查平整度，当不符合要求时趁热进行复压修整。

（2）在施工结束时，摊铺机在接缝近端约1m处将熨平板稍微抬起驶离现场，用人工将端部混合料铲齐后再予碾压。然后用3m直尺检查平整度，并找出表面纵坡或摊铺厚度发生变化的横断面，趁尚未冷透时用人工将此断面切整理成垂直面并在垂直面涂刷乳化沥青。

（3）因特殊原因產生纵向冷接缝时，要加设挡板，加铺另外半幅前应涂刷少量沥青，重叠在已铺面上5～10cm，再铲走铺在前面半幅上面的混合料，碾压时由边向中碾压留下10～15cm，再跨缝挤紧压实。

6. 结论

本文进行了基于抗滑性能提升的SMA13沥青混合料配合比优化设计，实体工程应用结果表明提出的抗滑型SMA13混合料相比当前工程采用的SMA13混合料，可提高路面的构造深度与摆值BPN，具有抗滑性能优势。基于工程应用总结提出了有利于提高路面抗滑性能的施工控制要点。

参考文献

[1] 倪敬松.沥青路面抗滑性能研究[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（06）：26～27.

[2] 张飞.SMA路面施工控制要点与抗滑性检测分析[J].交通世界，2016（16）：66～67.

[3] 马宝国. 基于抗滑性能的SMA沥青混合料配合比设计方法研究[D].长安大学，2012.

[4] 刘亚敏，韩森，陈德.基于抗滑性能的SMA配合比设计[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2015，34（04）：52～56.

[5] 《公路路基路面现场测试规程》JTG E60-2008.北京：人民交通出版社.2008.

[6] 李荣联，周亦唐，白丛启.保龙高速公路SMA沥青路面施工质量控制[J].福建建筑，2008（08）：104～106.

[7] 叶勇.SMA路面施工中的若干问题研究[J].科技资讯，2008（26）：48.